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Programação Orientada a Objetos para Redes de

Computadores

Prof. Miguel Elias Mitre Campista

http://www.gta.ufrj.br/~miguel

POO para Redes de Computadores - COPPE-PEE/UFRJ Prof. Miguel Campista

Conceitos Básicos de programação

PARTE 1


O que é um Programa Computacional?


O que é um Programa Computacional?

• É um algoritmo expresso em uma linguagem de programação formal onde se conhece...

– A maneira como representá-lo na linguagem de programação

– A estrutura de representação dos dados

– Os tipos e as operações suportados pelo computador


Como um Programa é Executado?

• Linguagens de programação – São projetadas em função da facilidade na construção

do código e da confiabilidade dos programas

• Quanto mais próximo a linguagem de programação estiver da forma de raciocínio humano, mais intuitivo se torna o programa e mais simples é a programação


#include <stdio.h>

main() {

ENQUANTO condição satisfeita FAÇA

execute ação 1;

FIM DO ENQUANTO

imprimir “Acabou”;

}

Como um Programa é Executado?

• Entretanto, computadores não entendem a linguagem humana... – Computadores entendem sequências de 0’s e 1’s

• Chamada de linguagem de máquina


1 0 1 1 0

0 0 1 1 0

...

0 1 0 1 0

0 1 0 0 1

#include <stdio.h>

main() {

ENQUANTO condição satisfeita FAÇA

execute ação 1;

FIM DO ENQUANTO

imprimir “Acabou”;

}

?

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Arquitetura de Computadores em Multiníveis


Linguagens declarativas

Linguagens de alto nível

Linguagens de montagem (Assembly)

Linguagens de máquina

Nível de abstração


• Linguagens declarativas – Linguagens expressivas como a linguagem oral

• Expressam o que fazer ao invés de como fazer

• Linguagens de nível alto – Abstraem do programador detalhes da arquitetura do

computador para facilitar a leitura e a compreensão • Processador, memória, dispositivos de entrada e saída etc.

– Possuem características de portabilidade já que podem ser transferidas de uma máquina para outra

– São as linguagens típicas de programação • Exemplos: C++, C, Java, Fortran etc.



• Linguagens de montagem e linguagens de máquina – Linguagens que dependem da arquitetura da máquina

• Linguagem de montagem é uma representação simbólica da linguagem de máquina associada

• Linguagem de máquina – Linguagem de nível baixo

• Depende da arquitetura do processador – Cada processador define uma arquitetura de conjunto de

instruções (Instruction Set Architecture - ISA)



• Existem duas maneiras para decodificar programas – Programa em linguagem de nível alto para programa em

linguagem de nível baixo

• Interpretação

• Tradução


Interpretação

• Na interpretação cada comando em linguagem de programação de alto nível é decodificado e executado – Processo realizado durante a execução do programa

• Um comando por vez

• Para isso, – Há um programa interpretador sendo executado

• Um interpretador para cada arquitetura de processador

– Cada comando do código é visto por esse interpretador como um dado de entrada


Interpretação

• O computador executa programas auxiliares escritos em linguagem de máquina para interpretar cada comando do programa – Os programas auxiliares são invocados em uma ordem

apropriada de acordo com a ordem de execução do programa

• Etapas da interpretação – Obter o próximo comando

– Examinar e decodificar o comando

– Executar as ações


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Interpretação

• O computador executa programas auxiliares escritos em linguagem de máquina para interpretar cada comando do programa – Os programas auxiliares são invocados em uma ordem

apropriada de acordo com a ordem de execução do programa

• Etapas da interpretação – Obter o próximo comando

– Examinar e decodificar o comando

– Executar as ações


Ciclo de execução de um programa

Interpretação

• O ciclo de execução de um programa é usado durante o processamento – Operação realizada para processar linguagem de nível

baixo • Ciclo denominado “busca-decodificação-execução”


Processador busca próxima instrução

Processador

Memória (Instruções + Dados)

Interpretação




Processador decodifica a instrução

Processador


Interpretação




Processador


Processador busca dados e executa a instrução

Interpretação

• Qual é a relação do ciclo de execução com a interpretação? – O ciclo de execução é realizado em um nível mais baixo

• Com instruções em formato que o processador consegue decodificar

– A interpretação utiliza o mesmo processo de “busca-decodificação-execução” em um nível mais alto

– Portanto, o processo de interpretação é uma abstração em nível alto de um processo de nível baixo

• Considera que a linguagem de alto nível é a própria linguagem de baixo nível


Tradução

• Programa em linguagem de programação em nível alto é totalmente decodificado em um programa em linguagem de nível baixo – Processo realizado antes da execução do programa

• Processo gera um novo programa • Programa gerado em nível baixo é equivalente ao programa

original em nível alto

• Para isso, – Programa é decodificado em um processo chamado de

compilação • Programa que realiza a compilação é chamado de

compilador • Um compilador para cada arquitetura de processador


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Tradução

• A tradução pode ser dividida em duas grandes partes: – Análise do programa fonte

• Dados de entrada

– Síntese do programa objeto executável


#include <stdio.h>

main() {

int n = 3;

IF (n > 5) {

imprimir “n > 5”;

}

IF (n <= 5) {

imprimir “n

<= 5”;

}

}

Compilação

Programa objeto (*.o)

Tradução

• A saída de um processo de compilação consiste em: – Programas objetos (*.o)

• Programas “quase” executáveis • Podem fazer referências a dados externos ou outros

programas

• Ligação – Realizada por um programa ligador – Une diversos programas objetos em um único programa

executável • Um programa em alto nível pode ser composto de diversos

subprogramas ou pode fazer referência a programas externos ou ainda pode utilizar funções definidas em bibliotecas externas


Tradução


Compilação Programa objeto (*.o)

n <= 5

Execução




Programa executável (*.exe)

Ligação

#include <stdio.h>

main() {

int n = 3;

IF (n > 5) {


}

IF (n <= 5) {

imprimir “n

<= 5”;

}

}

#include <stdio.h>

main() {

int n = 3;

IF (n > 5) {


}

IF (n <= 5) {

imprimir “n

<= 5”;

}

}

#include <stdio.h>

main() {

int n = 3;

IF (n > 5) {


}

IF (n <= 5) {

imprimir “n

<= 5”;

}

}

#include <stdio.h>

main() {

int n = 3;

IF (n > 5) {


}

IF (n <= 5) {

imprimir “n

<= 5”;

}

}

Interpretação X Tradução

• Compiladores e interpretadores dependem da arquitetura do processador (ISA) – Intel x86, SPARC, AMD64 etc.

• Os programas interpretados são sempre reinterpretados durante a execução – Independente da arquitetura do processador

• Em compensação, o desempenho pode ser mais baixo pois todos os comandos são interpretados antes de executar

• Os programas compilados não precisam ser sempre recompilados – Torna a execução mais rápida

• Porém, dependente da arquitetura do processador


• Envolve sempre dois aspectos – Semântica

• Significado

– Sintaxe • Forma

• Utiliza estruturas básicas de controle – Formas naturais de pensar e adequadas à construção de

algoritmos inteligíveis


Como Escolher uma Linguagem de Programação

Como Escolher uma Linguagem de Programação?

• Envolve sempre dois aspectos – Semântica

• Significado

– Sintaxe • Forma

• Utiliza estruturas básicas de controle – Formas naturais de pensar e adequadas à construção de

algoritmos inteligíveis


SE condição satisfeita ENTÃO

execute ação 1

SENÃO

execute ação 2

-Semântica: Condição e desvio

-Sintaxe: Maneira como se representa a condição e o desvio

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Como Escolher uma Linguagem de Programação?

• Tipo de problema – Algumas linguagens são mais adaptadas a determinados

tipos de problema do que outras • Entretanto, a evolução de uma linguagem a torna mais

abrangente

• Fatores fora de controle – Super importantes!

• A linguagem escolhida é a mesma do software a ser utilizado ou a mesma que o programador se sente mais à vontade

– Ex.: O NS-3 (Network Simulator 3) é escrito em C++


Paradigmas de Programação em Alto Nível


Programação Imperativa

Programação Não-estruturada Programação Estruturada

Programação Procedural Programação Orientada a Objetos

Programação Orientada a Objetos

• Programação imperativa e estruturada, porém... – Enquanto a programação procedural é estruturada em...

• Procedimentos – Estruturas de dados e algoritmos

– A programação orientada a objetos é estruturada em... • Classes e objetos

– Objetos encapsulam estruturas de dados e procedimentos


Programação Orientada a Objetos

• Programação imperativa e estruturada, porém... – Enquanto a programação procedural é estruturada em...

• Procedimentos – Estruturas de dados e algoritmos

– A programação orientada a objetos é estruturada em... • Classes e objetos

– Objetos encapsulam estruturas de dados e procedimentos


main() {

define_carro();

entra_carro();

sair_carro();

}

main() {

Carro carro;

carro.entrar();

carro.sair();

}

Procedural Orientada a objetos

Por que a Linguagem C?

• Permite o desenvolvimento de programas menores e mais rápidos – Programador possui controle maior sobre o código

• Programador deve: – Definir onde armazenar as variáveis na memória

– Alocar e liberar a memória

– Trabalhar com endereços de memória

– Em compensação, a programação é mais detalhada • Detalhes que não são “preocupações” em linguagens de

mais alto nível como: Linguagens de scripts, Java e C++

• Possui sintaxe simples – Não possui muitas funções embutidas


Por que a Linguagem C++?

• Aumento de exigências de mercado – Reuso de software

• Modularidade, facilidade de modificação

– Rapidez, correção e economia

• Programação em mais alto nível

• Programação orientada a objetos – Objetos: componentes reutilizáveis de software

• Modelam itens do mundo real

– Programas orientados a objetos • Mais fáceis de compreender, corrigir e modificar


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Estudo de Caso: Linguagem de Programação Java

• Para evitar que todos os programas sejam recompilados para cada arquitetura de processadores – O Java utiliza uma máquina virtual (Java Virtual

Machine - JVM) – Assim, os programas são sempre compilados para a

mesma arquitetura, a arquitetura da JVM • Essa característica torna os programas multiplataformas

– Funcionam para qualquer arquitetura sem precisar de recompilação

• Programa compilado chamado de bytecode – Entretanto, para essa característica ser possível

• Deve existir uma JVM para cada arquitetura – É melhor instalar uma JVM específica e executar qualquer

programa do que ter que recompilar cada um dos programas para cada arquitetura


Estudo de Caso: Linguagem de Programação Java


Hardware

JVM

Programa em Java

Compilação

• Processo de conversão de um programa em código fonte textual em código de máquina – Código em C/C++ Sequência de 1’s e 0’s


Compilação: gcc -Wall hello.c –o h

Compilação: g++ -Wall hello.cpp –o h

Programa em C: hello.c

Programa em C++: hello.cpp

Compilação

• Opção: –Wall (Warning all) – Representa uma importante ajuda para detecção de

problemas em C/C++

– Deve ser sempre usada

• Formato das mensagens: – arquivo:número_da_linha:mensagem


Erro de execução!!!

Compilação de Múltiplos Arquivos

• Programas podem ser divididos em múltiplos arquivos – Simplifica a edição e a compreensão


gcc-hello-ex2.c

gcc-hello-ex2.h gcc-ex2.c


• Compilação dos arquivos de maneira independente – Opção: -c (Compila arquivo em arquivo objeto)

• Por padrão, nome do arquivo objeto é o mesmo do arquivo fonte, com extensão diferente


Arquivos objetos possuem referências a funções externas, mas não possuem ainda o endereço de memória

correspondente que permanece indefinido

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• Criação de arquivos executáveis – Arquivos objetos são ligados (linked)

• GCC usa o programa ligador ld

– Não há necessidade de usar o –Wall • Opção já deve ter sido usada para compilar os arquivos

fonte e nada mais é alertado


Processo de ligação preenche os endereços para as funções externas que estavam indefinidos


• Recompilação de arquivos fonte – Apenas o arquivo fonte alterado precisa ser

recompilado e o programa deve ser religado • Simplifica a recompilação em casos de programas muito

grandes e com muitos arquivos

• Dispensa a necessidade dos usuários terem todos os arquivos fonte de um mesmo programa


Makefile

• Especifica um conjunto de regras de compilação – Alvos (executáveis) e suas dependências (arquivos

objeto e arquivos fonte)

• Programa make lê a descrição de um projeto no Makefile – Para cada alvo, o make verifica quando as dependências

foram modificadas pela última vez para determinar se o alvo precisa ser reconstruído


alvo: dependências

[TAB] comando

Makefile

• Identação da linha de comando é feita com um TAB • Começa sempre com o primeiro alvo

– Chamado de objetivo padrão (default goal) • Regras implícitas

– Regras definidas por padrão • Exs.: Arquivos “.o” são obtidos de arquivos “.c” através da

compilação Arquivos executáveis são obtidos pela ligação de

arquivos “.o”

– Definidas em termos de variáveis do make • Exs.: CC (compilador C) CFLAGS (opções de compilação em programas em C)


Atribuição é do tipo VARIÁVEL=VALOR

Makefile


Se fosse C++, bastaria substituir as variáveis CC para CPP e CFLAGS para

CPPFLAGS

Makefile


Com dependências

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Makefile


Com alvo “all”


Com macros

Makefile

Makefile

• Macros especiais – $@

• Nome completo do alvo atual

– $? • Lista de arquivos desatualizados para dependência atual

– $< • Arquivo fonte da única dependência atual


Makefile

Com macros especiais


Bibliotecas Externas

• Conjuntos de arquivos objetos pré-compilados – Podem ser ligados aos programas

• Provêem funções ao sistema – Ex.: Função sqrt da biblioteca matemática do C

• Armazenadas em arquivos especiais com extensão “.a” – Referenciados como bibliotecas estáticas – Criados de arquivos objetos com uma ferramenta

chamada GNU archiver, o ar – Encontrados em /usr/lib e /lib

• Ex.: Biblioteca matemática: /usr/lib/libm.a Biblioteca padrão C: /usr/lib/libc.a, contém funções

como o printf e é ligada a todos os programas por padrão



• Arquivo math.h

– Contém os protótipos das funções da biblioteca matemática em /usr/lib/libm.a

• No diretório padrão /usr/include/


-lNOME é um atalho para /usr/lib/libNOME.a

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• Definição das funções deve aparecer primeiro que as funções propriamente ditas – Logo, as bibliotecas devem aparecer depois dos arquivos

fontes ou arquivos objetos


gcc –Wall –lm gcc-ex3.c –o gcc-ex3

gcc –Wall gcc-ex3.c –lm –o gcc-ex3

X

Opções de Compilação

• Diretórios padrão de arquivos de cabeçalho – /usr/local/include

– /usr/include

• Diretórios padrão de bibliotecas – /usr/local/lib

– /usr/lib


Ordem de busca (precedência)

Ordem de busca (precedência)

Se um arquivo de cabeçalho for encontrado em /usr/local/include, o compilador não busca mais em /usr/include. O mesmo acontece para as bibliotecas.

Opções de Compilação

• Opção –I: – Adiciona novo diretório para o início do caminho de

busca por arquivos de cabeçalho

• Opção –L: – Adiciona novo diretório para o início do caminho de

busca por bibliotecas


Assumindo que o programa utilize um sistema de banco de dados (GNU Database Management - GDBM): gcc –Wall –I/opt/gdbm-1.8.3/include –L/opt/gdbm-1.8.3/lib

gcc-ex4.c -lgdbm

Variáveis de Ambiente

• Ao invés de sempre adicionar os diretórios, pode-se definir variáveis de ambiente – Variáveis podem ser definidas em arquivos do shell


Arquivos de cabeçalho: C_INCLUDE_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/include

export C_INCLUDE_PATH

Se fosse C++... CPLUS_INCLUDE_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/include

export CPLUS_INCLUDE_PATH

Bibliotecas: LIBRARY_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/lib

export LIBRARY_PATH

Assim... gcc –Wall gcc-ex4.c –lgbdm –o gcc-ex4

Variáveis de Ambiente

• Para inserir múltiplos diretórios...

• Através das variáveis de ambiente...


gcc –Wall –I. –I/opt/gdbm-1.3.8/include –I/net/include –L. –

L/opt/gdbm-1.3.8/lib –L/net/lib gcc-ex4.c –lgdbm –lnet –o

gcc-ex4

C_INCLUDE_PATH=.:/opt/gdbm-1.3.8/include:/net/include

LIBRARY_PATH=.:/opt/gdbm-1.3.8/lib:/net/lib

gcc –Wall gcc-ex4.c –lgbdm -lnet –o gcc-ex4

Bibliotecas Estáticas e Compartilhadas

• Bibliotecas estáticas (arquivos “.a”) – Copia da biblioteca o código de máquina das funções

externas usadas pelo programa • Copia no executável final durante a ligação


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• Bibliotecas compartilhadas (arquivos “.so”) – Arquivo executável final contém apenas uma tabela das

funções que necessita, ao invés de todo código de máquina

• Menor arquivo executável final

– Antes do arquivo executável começar a rodar, o código de máquina das funções externas é copiado para a memória pelo Sistema Operacional

• Transferido do arquivo da biblioteca compartilhada que está em disco

– Processo chamado de ligação dinâmica (dynamic linking)

– No Windows as bibliotecas *.so são as *.dll



• Bibliotecas compartilhadas (arquivos “.so”) – Uma vez carregadas em memória...

• Podem ser compartilhadas por todos os programas em execução que utilizam a mesma biblioteca

– Por padrão, o gcc busca primeiro a biblioteca compartilhada libNOME.so para depois buscar a libNOME.a

• Ocorre sempre que o a biblioteca –lNOME é adicionada pelo gcc

– Variável de ambiente para bibliotecas compartilhadas são carregadas na LD_LIBRARY_PATH: • LD_LIBRARY_PATH=/opt/gdbm-1.3.8/lib



• Opção –static: – Força o uso das bibliotecas estáticas

• Pode ser vantajoso para evitar a definição de LD_LIBRARY_PATH

• Outra maneira de forçar o uso de uma determinada biblioteca é colocando o caminho completo...


gcc –Wall –static –I/opt/gdbm-1.3.8/include -L/opt/gdbm-

1.3.8/lib gcc-ex4.c –lgdbm –o gcc-ex4

gcc –Wall –I/opt/gdbm-1.3.8/include gcc-ex4.c /opt/gdbm-

1.3.8/lib/libgdbm.a –o gcc-ex4

Compilação em Modo de Depuração

• Arquivo executável – Não contém referências ao código fonte do programa

original • Exs.: nomes de variáveis, número de linhas etc.

– É simplesmente uma sequência de instruções em código de máquina criado pelo compilador


Como então seria possível fazer depuração se não há como encontrar, de maneira simples, possíveis fontes de erro no

código fonte?


• Opção: -g – Opção para depuração

• Armazena informação adicional de depuração em arquivos executáveis e em arquivos objetos

• Depuradores conseguem rastrear erros baseados em informações contidas nos arquivos compilados



• Opção: -g – Opção para depuração

• Informações de nomes e linhas de código são armazenadas em tabelas de símbolos contidas nos arquivos compilados

• Quando programa pára de maneira anormal, o compilador gera um arquivo chamado core que combinado com informações do modo de depuração auxiliam na busca da causa do erro

• Informações da linha que provocou o erro e do valor das variáveis


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Qual é o erro no código ao lado?




• ulimit -c

– Exibe o tamanho permitido para arquivos do tipo core

• ulimit -c unlimited

– Permite tamanho ilimitado para arquivos do tipo core


Depurador

• Programa gdb (GNU Debugger) – gdb <arquivo_executável> <arquivo_core>


Comandos gdb

• print <variável>

– Imprime o valor da variável no momento da parada do programa

• trace

– Imprime as chamadas de funções e os valores das variáveis até a parada do programa • Procedimento chamado de backtrace


Comandos gdb


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Comandos gdb

• Inserção de breakpoint – Execução do programa pára e retorna o controle para

o depurador • break <função, linha ou posição de memória>

• Execução do programa – Programa começa a execução até encontrar o

breakpoint • run

• Para continuar a execução usar o step ou next

• Comando step mostra a execução de qualquer função chamada na linha (maior nível de detalhes)


Comandos gdb


Comandos gdb

• Valores de variáveis podem ser corrigidas – set variable <variável> = <valor>

• Após isso o programa executará normalmente mesmo após utilizar o comando step

• finish

– Continua a execução da função até o final, exibindo o valor de retorno encontrado

• continue

– Continua a execução do programa até o final ou até o próximo breakpoint


Comandos gdb

• Programas com loop infinito podem ser também depurados

– Primeiro executa o programa

– Depois inicia o gdb para o programa em execução • attach <pid>: Anexa um determinado programa em

execução ao gdb – Comando “ps x” obtém identificador do processo

• kill: Mata o programa em execução


Comandos gdb


Comandos gdb


pid do processo

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Otimizações

• O GCC é um compilador para fazer otimizações – Possui opções para aumentar a velocidade e reduzir o

tamanho dos executáveis gerados

• Processo de otimização é complexo – Código em alto nível pode ser traduzido em diferentes

combinações de instruções para atingir o mesmo resultado

– Código gerado depende do processador • Ex.: há processadores que oferecem um número maior de

registradores que outros


Otimização no Código

• Não requer conhecimento da arquitetura do processador – Dois tipos comuns:

• Eliminação de expressão comum (common subexpression elimination)

• Inserção de funções (function inlining)


Eliminação de Expressão Comum

• Consiste em calcular uma expressão no código fonte com menos instruções – Reusa resultados já calculados


x = cos(v)*(1 + sen(u/2)) + sen(w)*(1 - sen(u/2))

Pode ser reescrito, da seguinte maneira... t = sen(u/2)

x = cos(v)*(1 + t) + sen(w)*(1 - t)

Inserção de Funções

• Sempre que uma função é chamada... – CPU armazena os argumentos da função em

registradores e/ou posições de memória apropriados

– Há um pulo para o início da função trazendo as páginas na memória virtual para a memória física ou cache

– Início da execução do código da função

– Retorno ao ponto original de execução após o término da função


Todo esse procedimento é chamado de sobrecarga de chamada de função que consome tempo de processamento!


• Elimina a sobrecarga de chamada de função – Substitui a chamada pelo próprio código da função

– É mais significativa caso a função chamada seja pequena • Código inserido no programa possui um número menor de

instruções que o necessário para realizar a chamada


Exemplo de código cuja sobrecarga da chamada seria comparável ao tempo de execução necessário para realizar uma única multiplicação

double sq (double x) {

return x*x;

}






E se a função fosse usada dessa maneira???

for (i = 0; i < 10000000; i++) {

sum += sq (i + 0.5);

}

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O procedimento de inserção (inlining) da função resulta no seguinte código otimizado:

for (i = 0; i < 10000000; i++) {

double t = (i + 0.5); //Variável temporária

sum += t*t;

}


• O GCC seleciona funções para serem inseridas – Baseado no tamanho das funções

• Funções também podem ser solicitadas para serem inseridas explicitamente pelo programador – Uso da palavra-chave inline

• Entretanto, compilador verifica se há a possibilidade


Compromisso entre Velocidade e Tamanho

• Algumas opções de otimização podem tornar o código:

– Mais rápido, mas...

– Maior em tamanho

Equivalentemente

– Menor em tamanho, mas...

– Mais lento


Ex.: desenrolamento de laços (loop unrolling)

Desenrolamento de Laços

• Aumenta a velocidade de execução do programa – Elimina a verificação da condição de término do laço em

cada iteração


for (i = 0; i < 8; i++) {

y[i] = i;

}

y[0] = 0;

y[1] = 1;

y[2] = 2;

y[3] = 3;

y[4] = 4;

y[5] = 5;

y[6] = 6;

y[7] = 7;

Otimização

Processo de otimização elimina a necessidade de checagem da condição de contorno e ainda permite paralelização das sentenças de atribuição. Entretanto, aumenta o tamanho do arquivo se o número de atribuições

for maior que o tamanho do laço.

Agendamento

• Nível mais baixo de otimização – Compilador determina a melhor ordem das instruções

individuais • Ordem deve ser tal que todas as instruções possuam os

dados necessários antes da execução

• Não aumenta o tamanho do executável – Mas demora mais tempo para compilar devido a maior

complexidade do procedimento


Níveis de Otimização

• Oferecidos pelo GCC para lidar com: – Tempo de compilação

– Uso de memória

– Compromisso entre velocidade e tamanho do executável


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• Escolhidos com uma opção de linha de comando – Formato: -ONÍVEL (Nível pode variar de 0 até 3)

• -O0: GCC não realiza otimizações

• -O1: GCC realiza as formas mais comuns de otimizações que não requerem compromisso entre velocidade e tamanho

• -O2: GCC adiciona otimizações em relação ao 01 que incluem agendamento de instruções

• -O3: GCC adiciona otimizações em relação ao 02 que incluem inserção de funções e procedimentos que aumentam a velocidade mas aumentam o tamanho do código. Por esse motivo, normalmente o O2 se torna a melhor opção



• Escolhidos com uma opção de linha de comando – Formato: -ONÍVEL (Nível pode variar de 0 até 3)

• funroll-loops: Independente das anteriores, habilita o desenrolamento de laços

• -Os: GCC seleciona apenas otimizações que reduzem o tamanho do executável para plataformas com restrições de recursos






user: tempo de execução do processo em CPU

total: tempo total para a execução do programa incluindo tempo de espera

por CPU sys: tempo esperando chamadas de sistema



Os diferentes níveis de otimização permitiram uma queda de tempo de execução de quase 50% (-O0: 8,977s para –O3 – funroll-loops:

4,700s) Em compensação, o tamanho do arquivo executável passou de 6,5k

para 6,8k

Compilação de Programas em C++

• GCC compila códigos fonte em C++ diretamente em código de máquina – Outros compiladores convertem o código primeiro para

C para depois compilar

• Procedimento é o mesmo para compilação em C – Uso do comando g++ ao invés do gcc

• É parte do GNU Compiler Collection, assim como o gcc

• Inclui bibliotecas típicas de C++ – Ex.: iostream ao invés de stdio.h para E/S de dados

• Possui mensagens de warning específicas – -Wall avisa sobre métodos e funções virtuais


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Ferramentas Relacionadas ao Compilador

• Criação de bibliotecas estáticas: ar (GNU archiver)

– Combina uma coleção de arquivos objeto em um único arquivo de biblioteca (arquivo archive)

• Uma biblioteca é uma maneira conveniente de distribuir um número grande de arquivos objetos relacionados em um único arquivo


ar <nome_da_biblioteca> <lista_de_arquivos_objeto>



Arquivo: gcc-hello-ex2.h

Arquivo: gcc-hello-ex2.c

Arquivo: gcc-bye-ex2.c

Arquivo: gcc-ex2.c



Opções do ar: cr: create and replace t: table of contents


• Dependências de bibliotecas compartilhadas: ldd (LD Dependencies) – Verifica quais são e se as bibliotecas compartilhadas

necessárias já foram encontradas • Caso tenham sido, o caminho da biblioteca é apresentado


ldd <arquivo_executável>


• Como criar as bibliotecas compartilhadas (dinâmicas) – Opção –shared

– Outra alternativa: • Opção –Wl: lista opções ao programa ligador separadas

por vírgulas


gcc –shared –o <biblioteca.so> <lista_arquivos_objetos>

gcc –shared –Wl,-soname,<biblioteca.so.versão> –o

<biblioteca.so.versão_completa> <lista_arquivos_objetos>

Opções do ligador (ld):

-soname: quando um executável é ligado a uma biblioteca compartilhada, o ligador dinâmico tenta ligar o executável com a biblioteca de nome passado com a opção soname e não com a biblioteca com o nome dado com o –o. Isso permite a existência de bibliotecas com nomes e versões diferentes da criada.



Arquivo: gcc-hello-ex2.h

Arquivo: gcc-hello-ex2.c

Arquivo: gcc-bye-ex2.c

Arquivo: gcc-ex2.c

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• Diferenças entra o uso de bibliotecas dinâmicas e estáticas...


Tamanho do executável é bem maior ao utilizar bibliotecas estáticas!


• Medida de desempenho: valgrind

– Conjunto de programas para depurar e avaliar o desempenho do programa

• A ferramenta mais utilizada é a Memcheck para avaliar erros comuns de memória


gcc –Wall –g <arquivo.c> -o <arquivo.o>

Programa deve ser compilado em modo de depuração

valgrind --leak-check=yes <arquivo_executável>

A ferramenta Memcheck é usada por padrão. A opção leak-check liga o detector de vazamento de memória



Quais são os problemas desse programa?



Quais são os problemas desse programa?



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Erro de alocação detectado!





Erro de vazamento detectado! O “definitely lost” significa que o programa está realmente vazando memória, se ele tivesse dúvida, colocaria “probably lost”

Processo de Compilação

• Processo com múltiplos estágios – Envolve diferentes ferramentas

• Próprio compilador (gcc ou g++)

• Montador (as)

• Ligador (ld)

– O processo completo ao se invocar o compilador é: • Pré-processamento compilação montagem ligação

– Processo completo pode ser visto com a opção –v




Pré-processamento: cpp <arquivo.c> > <arquivo.i>



Compilação: gcc –Wall –S <arquivo.i>

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Montagem: as <arquivo.s> -o <arquivo.o>

Arquivo .o em linguagem de

máquina



Ligação: gcc <arquivo.o>

Arquivo .o Executável

Leitura Recomendada

• Capítulo 1 dos livros – Deitel, “C++ How to Program”, 5th edition, Editora Prentice Hall,

2005

– Waldemar Celes, Renato Cerqueira e José Lucas Rangel, "Introdução a Estrutura de Dados com Técnica de Programação em C", Editora Campus-Elsevier, 2004

• Brian Gough, “An Introduction to GCC”, 2nd edition, Network Theory Ltd, 2005

• “GNU `make’”, disponível em http://www.gnu.org/software/make/manual/make.html

• “Static, Shared Dynamic and Loadable Linux Libraries”, disponível em http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LibraryArchives-

StaticAndDynamic.html


http://www.gnu.org/software/make/manual/make.html

http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LibraryArchives-StaticAndDynamic.html



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